利用垂直地震剖面和雙井微測井提高地震解析度方法
2023-05-01 02:10:16 1
專利名稱：利用垂直地震剖面和雙井微測井提高地震解析度方法
技術領域：
本發明涉及一種利用垂直地震剖面(VSP)和地震雙井微測井聯合提高地震信號解析度方法，特別是利用VSP和雙井微測井觀測黃土塬等低、降速帶信號的衰減規律，並對該區信號進行補償以提高地震信號解析度的有效方法。
背景技術：
我國塔裡木盆地西南、鄂爾多斯盆地等黃土塬覆蓋地區，雖然地下油氣資源量非常豐富，但是由於黃土覆蓋區厚度差異很大導致地表靜校正問題以及黃土對地震信號吸收很強導致資料信噪比低等原因的影響，使得這類地區地震資料在解決地質問題方面受到了極大限制。
黃土塬地區激發接收條件複雜，表層既有浮土，又有礫石，還有基巖出露。黃土塬中心一般為巨厚黃土覆蓋，可分為幹黃土層、潮溼黃土層、含水黃土層、第三系紅土層，厚度為200米至350米不等巨厚的黃土層，尤其是上部的疏鬆乾燥層，地震波的吸收作用很強，影響了地震波能量的向下傳播，而且還會產生多種幹擾波。因此採集的地震信號在相位、頻率、振幅、能量方面存在較大差異，而且地震信號信噪比低、子波畸變大，嚴重影響了資料的品質。同時該區幹擾嚴重，信噪比低。除面波、隨機幹擾及其它相干噪聲以外，還存在著多次折射幹擾，如何壓制噪音、提高信噪比是資料處理的關鍵。
我國進行黃土塬地震勘探已經有近六十年的歷史了。新中國剛剛成立的時候，第一個地震隊就在黃土塬上炸響了第一炮；20世紀90年代，特別是1995年以來，採用溝中彎線施工，進而到直測線施工，加之以合理的室內處理、解釋技術，使黃土塬地震資料的品質有了質的飛躍。1996～1998年我國的地震勘探技術在黃土塬這種複雜勘探區的工作取得了實質性的進展，開創了鄂爾多斯盆地石油勘探的新局面。
正是黃土塬的溝、塬、峁這種中國中西部黃土高原獨特的地貌景觀，造就了黃土塬地震勘探這一世界上獨有的地震勘探難題，也造就了中國幾代地球物理勘探家。國外的地球物理服務公司，如美國地球物理服務公司(GSI)、加拿大博伊德公司(BOYD)、歐洲的基科·帕雷科拉公司(GECO·PRAKLA)，都曾先後做過黃土塬地震勘探試驗，雖然給予我們某些有益的啟示，但並沒有取得實質性的進展。
經過數十年的攻關我們雖然已經成功地打開了黃土塬地震勘探的大門，取得了許多可喜的進展，但至今黃土塬地震勘探技術問題仍沒有完全解決。尤其是塔西南地區在巨厚的黃土(100～550m厚)下面有礫石層，黃土山下與戈壁礫石區相連，地震波在這些地層中傳輸時能量散失非常厲害，而且，各種幹擾非常強烈，地震信號信噪比極低。如何消除黃土覆蓋對地震信號的影響一直是黃土塬地震勘探技術攻關的核心問題。但對該問題，至今仍沒有一種有效方法。
經過對黃土塬的地震動力機理的分析和研究認為黃土塬對地震信號高頻成分吸收十分嚴重，黃土塬地震信號衰減主要與黃土(尤其是近地表的數百米黃土)厚度等因素有關，不同厚度黃土其信號衰減規律不同，不同頻率的地震信號其在黃土中傳輸的信號衰減程度也相差很大。
為了提高黃土塬區地震信號的信噪比和解析度，國內外許多學者已經做了大量工作。文章「董世學等，檢波器—地表耦合系統對地震記錄的影響，地球物理學報，2001，44(增刊)161～169」中利用特殊耦合檢波器接收地震信號，拓寬了地震信號頻帶，提高了信噪比和解析度。文章「姚振興等，用於深度域地震剖面衰減與頻散補償的反Q濾波方法，地球物理學報，2003，46(2)229～233。」研究基於Futterman模型的反Q濾波方法，補償了地震信號的頻散與振幅。文章「Satinder C et al.High-frequency restoration of surface seismic data，The LeadingEdge，2003，22(8)730～738.」利用VSP數據求取不同深度地層的反濾波器補償高頻成分。微VSP採用「井口激發、井中接收」的方式，初至波信噪比相對較高。國家發明專利(申請號200510049341.9)「利用特殊耦合檢波器進行地震數據接收的最佳耦合與匹配方法」和文章「石戰結等，沙漠地區地震檢波器耦合的高頻信號匹配濾波技術」提出了一種利用特殊耦合檢波實現與地表最佳耦合匹配的方法，該法使在沙漠地區的地震數據無論是在疊前還是在疊後其能量和頻率都得到加強，提高了地震信號的解析度。國家發明專利(專利公開號CN1673775A)「利用地震微測井進行地震信號高頻補償方法」和文章「田鋼等，利用微測井資料補償地震數據的高頻成分，石油地球物理勘探，2005，40(5)546～549。」提出利用微測井直達波信號求出不同厚度沙漠地區沙層的吸收補償反濾波器來補償地震數據的高頻成分；這種微測井採用「井中激發、地表接收」，在地表接收時，可採用普通檢波器，只要將檢波器尾錐插入硬土即可保證檢波器與介質的緊密耦合，極大地減小了檢波器接收時的能量損耗，但是，由於井中介質為空氣，在黃土塬地區井壁內介質的巖性一般為疏鬆的黃土，故空氣與黃土的波阻抗相差很大，有效波入射到井壁時反射波極強，透射波極弱，透射波從井壁內側到達地表檢波點處還會有一定的衰減，這樣到達檢波點處的有效波就更弱了。一般而言，微測井與VSP相比較而言，微測井的初至波比VSP的初至波幹擾更嚴重。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種利用VSP信號和雙井微測井信號對黃土塬地震衰減信號進行恢復的方法。
為實現上述目的，本發明的技術方案是由於VSP微測井、雙井微測井橫穿遭受風化作用的低降速帶，在VSP微測井信號、雙井微測井信號中比地表接收到的地震信號將包含更多的高頻信號。通過分析在雙井微測井中不同深度的直達波頻率衰減情況，可以以此為依據對地表接收的地震信號不同深度頻率衰減進行恢復；通過對不同地段VSP微測井信號進行分析，可以獲得不同地段的地震信號衰減情況，從而對不同地段黃土塬地震信號進行恢復。
下面介紹利用雙井微測井信號對黃土塬地震信號進行恢復的原理在黃土塬地區鑽VSP微測井單深井(可用生產井代替)和雙井微測井(在構造複雜地帶)，通過地震震源在地表激發，在VSP微測井和雙井微測井深度分別為d1米、d2米、.......、dN米(N為整數，N≥3)處獲得地震接收信號；對地震信號按照下行波、上行波、PS波等進行劃分，假設xi(t)表示下行波在深度為di米時所接收到的地震信號的振幅，其中i＝1、2、....、N。此時，xi(t)即為該深度時所接收到的直達波。
用垂直地震剖面方法分離掉高速層中xi(t)的虛反射波，用高速層的速度將...、xn-2(t)、xn-1(t)、xn+1(t)、xn+2(t)、...靜校正到與xn(t)地震記錄相同，然後將...、xn-2(t)、xn-1(t)、xn(t)、xn+1(t)、xn+2(t)、...疊加提高直達波xn(t)的信噪比；此處對井中地震記錄進行靜校正是指將x0(t)與xN(t)之間的初至時間差去掉。
把黃土塬這個低、降速帶看成一個信號傳輸系統，信號從深度di米處傳輸到深度dj處，其系統函數記為hj(t)(j＝1、2、....、N)，則系統函數hj(t)也表示地震信號從深度di米到dj米處的衰減程度；那麼，對於深度為dj米處所接收到的信號xj(t)可表示為xj(t)＝xi(t)*hj(t) i＝1，.......，Nj＝1，.......，N i≠j(1)對於系統函數的逆算子Gj=Hj-1={gi(t)},]]>將恢復信號的衰減，即xi(t)＝xj(t)*gj(t) (2)該方程可以在時域和頻域中求解。
在時域，方程2可以通過最小均方法求解，有維納方程AG＝C (3)其中，A＝(a(t1)，a(t2)，...，a(tN))是矩陣xj(t)的自相關，C＝(c(t1)，c(t2)，...，c(tN))是矩陣xj(t)和xi(t)的互相關，G＝(g(t1)，g(t2)，...，g(tN))。
求解方程3可採用Levinson方法，最後就得到G。
在頻域，對方程2兩邊做傅氏變換，有Xi(f)＝Xj(f)×Gj(f) (4)由方程4可得Gj(f)=Xi(f)/Xj(f)=Xi(f)Xj*(f)/|Xj(f)|2...(5)]]>由於信號中包含噪聲，有Gj(f)=Xi(f)/Xj(f)=Xi(f)Xj*(f)/[|Xj(f)|2+2]...(6)]]>其中，α表示噪聲。
此處，稱gj(t)為衰減恢復濾波器。
具體實施例方式把黃土塬區等低、降速帶看成一個信號傳輸系統，該系統的傳輸函數反映了不同深度地震信號的衰減情況。本發明對不同深度得到的雙井微測井記錄進行保留初至波的編輯處理，得到不同深度地震信號頻率和幅度的變化情況；其初至波的幅度和波長的變化可以用來估計該低降速帶在該深度時頻率成分的變化情況，獲得系統傳輸函數。由此，對於不同深度初至波的濾波器響應，可根據最小平方法求出衰減恢復濾波器，由此衰減恢復濾波器對地震數據進行處理，實現對地震信號的恢復；由於黃土塬屬於連續介質，在橫向上有一定變化，可以通過VSP微測井信號來獲得橫向上不同地段地震信號在黃土塬中的衰減規律，從而獲得不同地段、不同深度黃土塬的衰減恢復濾波器，以便對不同地段黃土塬的地震信號進行恢復。
圖1是說明地震微VSP測井示意圖。VSP微測井方法原理與常規井中激發微測井原理一樣，都是利用直達波在地層中的傳播規律，通過改變檢波器觀測深度，獲取不同的初至時間，根據深度換算成垂直時間，擬合時深曲線得到分層的速度和厚度。VSP微測井工藝，可以在地震生產激發井中進行而不影響生產井使用，可以大面積應用和推廣。
圖2是雙井微測井原理圖。雙井微測井就是在一定的距離內鑽兩口打穿低、降速帶的井，兩井間的距離一般為4m，如果表層低、降速帶內含有流砂層，則應適當地加大兩井之間的距離，以保證兩井間的原始地層不會被破壞。一口井內布設激發點，另一口井布設檢波器。另外，在激發井井口附近布設地面檢波器，地面和地下接收用的檢波器型號相同，用10Hz或40Hz的單只檢波器均可以。地面接收一般採用6～23道，每道一個檢波器，檢波器呈扇形或直角形，井檢距一般採用1～4m。激發系統由電纜、雷管及引線構成，把雷管固定在專用微測井電纜上的指定位置，一次性下入井中，由深至淺逐點激發。井中激發點的間距要考慮到介質的速度、厚度、檢波器的靈敏度、儀器的採樣間隔和動態範圍等，激發點的間距過大會造成控制點數減少甚至丟層，反之，冗餘的採樣會造成浪費。接收井井下檢波器深度和最深的激發點相同。地面檢波器採集的信號主要是地震波的初至，挑選初至無幹擾且波形起跳乾脆的道用於資料處理。
圖3為本發明專利方法產生黃土塬地震信號衰減恢復濾波器的框圖。
圖4為本發明專利方法獲得不同黃土塬地段地震信號衰減恢復的框圖。通過雙井微測井獲得特定黃土塬地段不同深度地震信號衰減規律，利用生產炮井做VSP微測井獲得整個工區不同黃土塬地段地震信號的衰減規律，由於生產炮井一般比較淺，對超過激發井深處的地震信號衰減規律則通過雙井微測井獲得的規律與之比較獲得，因此，將雙井微測井信號和VSP信號聯合使用可獲得整個黃土塬區不同地段、不同深度的地震信號衰減規律和地震信號衰減恢復濾波器，最終可以恢復出沒有經過黃土塬等低、降速帶衰減的地震信號，該地震信號無疑有更高的頻率和信噪比，以此恢復後的地震信號進行地震信號處理可提高地震信號的解析度，為巖性地震勘探油氣提供有利工具。將雙井微測井信號和VSP信號聯合使用，這是本專利技術與國家發明專利(專利公開號CN1673775A)「利用地震微測井進行地震信號高頻補償方法」的重要區別所在，沙漠地區橫向變化相對黃土塬更小，利用常規微測井信號有效，但對於像黃土塬這種極其複雜的區域則是沒法控制的，本專利正好彌補了現有技術的不足。
權利要求
1.本發明涉及一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測井對黃土塬地震信號進行恢復的方法，其特徵在於包括如下步驟步驟1利用雙井微測井曲線獲得特定地段的地震信號下行波；步驟2計算特定地段的地震信號初至波在不同深度時幅度和頻率的變化情況；步驟3由初至波的幅度和頻率變化情況確定地震信號衰減恢復濾波器函數；步驟4利用VSP信號獲得不同地段地震信號的初至波；步驟5由VSP信號的初至波確定不同地段的地震信號衰減恢復濾波器函數；步驟6將不同地段的地震信號衰減恢復濾波器函數與特定地段地震信號衰減恢復濾波器函數進行比較，獲得整個觀察區域的地震信號衰減恢復濾波器函數；步驟7由地震信號衰減恢復濾波器函數對地面接收的低、降速帶地震信號進行恢復，消除低、降速帶地震信號衰減。
2.如權利要求1所說，一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測井對黃土塬地震信號進行恢復的方法，其特徵在於對於地質情況比較單一的地區直接採用步驟4、5、7就可以對低降速帶地震信號進行恢復。
3.如權利要求1和權利要求2所說，一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測井對黃土塬地震信號進行恢復的方法，其特徵在於該方法不僅可用於黃土塬地區，而且對於其他地表為低、降速帶地區均可適用。
全文摘要
本發明提供了一種利用垂直地震剖面和雙井微測井提高地震解析度方法，該方法把黃土塬等低、降速帶看成一個信號傳輸系統，通過雙井微測井信號可獲得地震信號在不同深度或者不同時間在黃土塬等低、降速帶進行傳輸時的傳輸函數，從而獲得對地表接收到的衰減了的地震信號進行恢復的衰減恢復濾波器函數；同時，通過不同地段接收的不同深度的VSP信號可獲得並推廣得到黃土塬區等低、降速帶不同深度或者不同時間的傳輸函數和衰減恢復濾波器函數。由此，恢復出黃土塬等低、降速帶不同地段接收到的地震信號，達到提高地震信號解析度目的，為巖性地震勘探提供有利的工具。該法可用於所有地表為低、降速帶的地區進行地震信號恢復。
文檔編號G01V1/40GK101046515SQ20071002773
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月22日 優先權日2007年4月22日
發明者羅仁澤 申請人:羅仁澤